沃拉斯顿棱镜(小兴说:沃拉斯顿棱镜)

沃拉斯顿棱镜(小兴说:沃拉斯顿棱镜)

沃拉斯顿棱镜是一种由两个直角棱镜胶合组成的偏转棱镜,可以产生两束彼此分开的,振动方向相互垂直的线偏振光。在光刻照明、双频激光干涉仪等精密加工、测量等领域应用非常广泛。

沃拉斯顿棱镜是一种由天然方解石晶体(方解石其化学成分是碳酸钙,敲击方解石会得到很多方形的小碎块,这也是其名字“方解石”来源。)制成的双折射偏光器件,主要成分为CaCO3的斜方六面体结晶。


入射一束无偏光束,将被分成2个偏振方向互相垂直的线偏振光束,两束光的分离角相对光轴而言大致是对称的,普遍的分离角分别为5°,10°,15°和20°。

为了保护晶体和方便使用,方解石晶体被组装在一个表面作了黑色处理的铜质圆筒内,如下图。

沃拉斯顿棱镜(小兴说:沃拉斯顿棱镜)

两棱镜的光轴互相垂直,自然光垂直入射到AB表面时,o光和e光无折射的沿同一方向传播,但分别以不同的速度Vo和Ve传播。

当它们先后进入第二棱镜以后,由于第二棱镜的光轴垂直于第一棱镜的光轴,所以第一棱镜中的o光对第二棱镜来说就变为e光,而e光就变为o光。


因此原来在第一棱镜中的o光在两棱镜的界面上以相对折射率ne/no折射,而原来在第一棱镜中的e光以相对折射率no/ne折射。

因为方解石是负晶体(no>ne),所以在第二棱镜中的e光远离两方解石交界面的法线传播,在第二棱镜中的o光靠近两方解石交界面的法线传播,结果两束光在第二棱镜中分开。


这样,经最右边的一个面再次折射而由沃拉斯顿棱镜射出的是两束按一定角度分开的偏振光,它们的振动方向互相垂直。当棱镜顶角(即<1)不太大时,这两束折射光差不多对称的分开。

沃拉斯顿棱镜(小兴说:沃拉斯顿棱镜)

它们之间的夹角近似为 φ=arcsin[(no-ne)tan<1]。

沃拉斯顿棱镜的材料也可以选用石英,只是分开的两束光的夹角要小得多。